在CMIP3模式下识别中部太平洋和东部太平洋的ENSO类型外文翻译资料

 2022-12-16 11:58:34

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在CMIP3模式下识别中部太平洋和东部太平洋的ENSO类型

Jin—Yi Yu Seon Tae Kim

大多数对于厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）的理解都是分析世界气候研究组的CMIP3模式的气候模拟得到的。然而，大多数这些分析都没有考虑到中部太平洋和东部太平洋的ENSO类型区别，这两种有明显区别的年际上的热带太平洋海表温度变化类型逐渐被大家所承认。本次研究运用衰退经验正交函数的方法去识别两种不同的ENSO类型实在引起为第19种CMIP3模式工业化之前的预测。这包括了最多的CMIP3模式（13到19）可以对中部太平洋类型的 ENSO产生强相关，但是仅有一小部分（9到19）可以和东部太平洋产生强相关。有6种模式可以真实模拟东部太平洋型和中部太平洋型两种ENSO类型并且他们的强度系数是可以识别的。通过两种分开的海表温度类型可以看出，这显示出来东部太平洋ENSO的主要周期是和纬度线性相关，广度是和海表温度类型相关，主要周期为1到5年。对于中太平洋ENSO类型来说，他的主要周期是在2或者4年，这主要决定于海表温度变化是在日期变更线以东，还是在西太平洋暖池。这次研究可以提供关于如何用CMIP3模式理解两种类型的ENSO的信息。

1、简介

重大的气候研究都来自于世界气候研究中心（WCRP）CMIP3模式，这包含延伸集成24对一般海气循环模式（CGCM）。大多数研究都是通过这些模式和一些预报模式的成功并且却发具体观测的数据来分析厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）模拟。（Guilyardi et al., 2009）。然而，大多数这样的分析都没有考虑ENSO存在两种不同的类型，这也是对最近的一些研究提出一些建议。[Larkin and Harrison, 2005; Yuand Kao, 2007; Ashok et al., 2007; Kao and Yu, 2009; Kug et al.,2009]这两种类型包含了传统的ENSO类型，是属于初始的东太平洋海表温度异常，并且是一种非传统的ENSO类型，也就是海表温度的异常甚至延伸到了中太平洋。（Kao and Yu 2009）这涉及到各处的东部太平洋型和中部太平洋型。这应该涉及到的方法是根据ENSO不同的特点来区分之前的那些研究。Treberth 和Steoaniak(2001)比如说，在第一个不同ENSO的数据和处理方法并不是完全能够解释那些没有经过考量是中太平洋型还是东部太平洋型的海表温度。然而，这始终是一个没有经过证实怎样去分辨在CMIP3模式中的两种ENSO事件。本文研究的就是提供一种记录和去证实一种关于ENSO模拟两种类型提供一种新的信息。

2、数据

CMIP3未处理的整合模式是此次的分析数据，源于温室气体都属于未处理的两级。19的CMIP3 海气耦合也是此次的分析数据。包括展示了年际间的热带太平洋海表温度变化。相比较而言，仅仅分析100年的继承数据。根据观测得到的海表温度，我们运用延伸再现的方法，来得到历史上的海表温度（第三种版本）数据[Smith and Reynolds, 2003]和哈德莱中心的海冰和海表温度数据（HadISST）[Rayner et al., 2003]包括了1950—2009年。年际的海表温度观测和未处理的模拟数据通过月际的气候学和趋势。

3、结论

根据Kao和Yu[2009]，我们运用一种联合衰退的方法—EOF分析方法去研究月际的海表温度异常去识别东部太平洋和中部太平洋两种类型的ENSO类型。我们首先去除热带太平洋海表温度的异常并且运用nino-4区的海表温度，并且进行EOF去分析参与的海温异常信号，并且去除nino 2海表温度。与Kao和Yu的不同,我们去除了不仅仅是模拟衰退，而且模拟了之后的-3，-2，-1， 1， 2和 3月份去考虑中太平洋型和东太平洋型SST异常信号的影响。尽管这些结论并不是和传统的方法有很大的区别。

图 1：左：EOF分析第一模态上空间上的海表温度标准偏差标准偏差，中间：中部太平洋型ENSO，右：东部太平洋型ENSO。（数据来源9种CMIP3模式）

续：图1

续：图1

图1展示出了所获得的EOF研究。图1（左）展示了标准的偏差（STD）关于年际间的海表温度异常。并且图1（中间和右边）展示出，EOF方法下，中部太平洋和东部太平洋的ENSO主要影响因子。这些系数表明了EOF的尺度是通过其本征值来影响海表温度的标准偏差。大多数的之前的研究是CMIP3的模式模拟用海表温度的总的变化去检验ENSO的模拟。但是一个不同的图出现，当我们关于东部太平洋和中部太平洋的变化。比如说，如果基于总的SST变化判断正确的话CCCMA-CHCMT47（图1d）也许会出现存在模拟ENSO移动太平洋西边。但是之后将海表温度分为中部太平洋和东部太平洋的变化类型，我们找到了中部太平洋型和东部太平洋型的ENSO模拟情况巧妙地避开了观测事实。然而，强模拟下东部太平洋型的ENSO太微弱了，这引导着很远的西方出现了总的海表温度变化。我们同样对于东部太平洋型和中部太平洋的EOF结果进行了相关系数的计算并且找到了在大多数的模式里面找到了一些。（相关系数是0.26），通过EOF分析得到的结果可以看出将ENSO分为中部太平洋和东部太平洋型的是合理的。

具体观察之前的图1的a和b部分，东部太平洋型的ENSO是通过从南美州海岸到中部太平洋的海表温度变化趋势。研究还发现中部太平洋型的ENSO的大部分海表温度变化来自于热带中部太平洋（东经160°—西经120度）并且直接延伸到亚热带地区包括了整个半球。大多数的模型都将东部太平洋型的ENSO作了近似，忽略了纬度方向的广度和研究不同。模拟的东部太平洋型ENSO指数和研究的这个类型的相关系数是0.21到0.93，平均值为0.75。对于中部太平洋型的ENSO指数，一些模式可以从海表温度从向南极延伸的变化可以看出，但是有一些变化是靠近赤道的。除此以外，一些关于中部太平洋的ENSO类型预测是基于西太平洋暖池和其他方向越过国际日期变更线。平均的相关系数是0.62。

图2：纬向节点最大的标准偏差（a）和从模式和研究中东部太平洋型对于中部太平洋型的主要周期影响，和正规能量的关于东部太平洋（c）和中部太平洋型（d）ENSO。标准偏差的纬度范围是10°N—10°S（图1中间和右边）。

我们之后通过图1（中间和右边）去计算最大的标准偏差去确定此次研究的模拟东部太平洋和中部太平洋型。图2a展示了东部太平洋型对中部太平洋型的ENSO有一种强烈的分散的示意图。研究的强度（在图2b的平均点A和B）对于中部太平洋的ENSO是0.7°，对于东部太平洋型ENSO是1.0°。中部太平洋ENSO指数除以东部太平洋ENSO指数是1.4。这就意味着东部太平洋有大约40%比中部太平洋型要强。我们用最低限度为95%的信度检验来研究ENSO的强度（基于F检验结果）作为一个评判标准来决定CMIP3模式中东部太平洋型ENSO和中部太平洋型ENSO哪一个更强。信度检验的结果是东部太平洋型时0.78°，东部太平洋型时0.51°。基于这些结论，这里有9个模式(CNRM‐CM3, INMCM3.0, BCCRBCM2.0, UKMO‐HADGEM1, GISS‐EH, MIUB‐ECHOg,GFDL‐CM2.1, GFDL‐CM2.0, and IAP‐FGOALS1.0g)可以模拟两种类型的ENSO。其外的4种模式可以产生只有中部太平洋型的强度：（CCCMA‐CGCM‐T47, CSIRO‐MK3.0, IPSL‐CM4, andMRI‐CGCM2.3.2a.还有剩下的6中模式是(CCCMACGCM‐T63, NCAR‐CCSM3.0, UKMO‐HADCM3, INGVECHAM4, MIROC3.2‐H, and MIROC3.2‐M)产生的两种类型的ENSO数据是通过强弱对比的方法。

我们也可以检验图2a里面的东部太平洋除以中部太平洋ENSO的系数。包括9个模式产生了足够强的中部和东部太平洋ENSO系数。我们找到了6个模式(BCCR‐BCM2.0, CNRM‐CM3, GFDL‐CM2.1, GISS‐EH, UKMO‐HADGEM1, and INMCM3.0)产生了最大的可信数据，他们表明在图2a中的点C,G,I,M和Q。是最靠近观测点（A和B）。针对于最强的比率来说，我们找到了7个模式对于东部太平洋型相比较于中部太平洋的ENSO其主导作用。（强度比率大于1）。其他的12个模式结果都是中部太平洋型相对于东部太平洋型占主要影响因子。（强度比率小于1）因此，大多数CMIP3的模式都认为中部太平洋型比东部太平洋型可行度更大。

图3：从图1（中间）中计算得到EOF分析下中部太平洋型ENSO的赤道地区（5°S—5°N）纬向分布。可以展示尺度的最大价值。蓝（红）线代表了模式模拟的中部太平洋型ENSO的4年（2年）的主要周期。ENSO指数取得为NINO4区。

要证明CMIP3模式东部太平洋型和中部太平洋型的ENSO类型是否要分开考虑，可以进一步考虑一些新的信息，我们分析这两种ENSO类型的主要周期。图2b里面展示了在9种CMIP3模式里面的东部太平洋和中部太平洋的海表温度主要周期。主要的周期就是决定于主要的能量波分析关于两种ENSO海表温度的EOF模型。图2c和d展示了能量波对于东部太平洋和中部太平洋ENSO数据的能量波计算。对于此次研究的东部太平洋型的ENSO（图2c），能量波控制于4年内达到顶峰。对于研究的中部太平洋型ENSO（图2d），能量波有两个峰值：一个出现在2年，另外一个出现在4年。因此，图2的b里面点A展示了对于中部太平洋型的ENSO时间点一般为2年，对于东部太平洋型的ENSO时间点一般是4年。我们从哈德莱海表温度（HadISST）（B点）找到的相似的主要周期。有趣的是，我们注意到了这些分开了的图显示出了，中部太平洋型的ENSO具有两个显著周期，2年和4年，我们在研究中部太平洋型的ENSO时发现了他有两个周期。这样的结果表明了在一组CNIP3的模式里面表明了2年是中部太平洋型ENSO的构成部分并且其他的接过显示周期是4年。

我们检查了图1中的海表温度变化，对于这两组模式里面注意到有一些区别：模式使中部太平洋型ENSO产生了一个4年的趋势，并且将他的海表温度的变化方向向东去到了西太平洋暖池。当模式对于中部太平洋的趋势预报为两年的时候，海表温度变化的根源在于国际日期变更线以东。这样的区别在图3中显示出来，并且展示了13个CMIP3模式对于中部太平洋模式的强相关在中部太平洋型的ENSO的EOF分析中关于海表温度变化的纬向分布（5°S—5°N）（图1中间）。这种展示的价值在于通过每一部分的最大值来看到整个标准的意义。在图3中，蓝色的先代表的是模式下，中部太平洋型ENSO的4年周期，红色的线代表的是中部太平洋型2年的周期。图3显示出来大多数的红色虚线在160°W—120°W达到峰值，而蓝色的虚线的峰值变化在120°E—160°E。这样的结果体现了两种不同的中部太平洋型ENSO，分别是暖池型和国际日期变更线型，这两种分开的类型不同点在于：不同的周期和不同的海表温度变化。最近的研究需要去更好的理解中部太平洋型ENSO的两种变化是怎样产生的和为什么很多CMIP3模式只产生一个类型。

从图2b中，我们也注意到当我们开始观察4年的主要周期时，我们发现模拟的东部太平洋型ENSO的主要周期可以从最少的1年变化到最多的4年。我们检查了在图1中东部太平洋模式并且注意到主要的周期变化看起来像是和东部太平洋型的海表温度纬向变化有关。这样的联系在图4中更好的体现了出来，当9个CMIP3模式产生了强烈的东部太平洋型ENSO的海表温度和纬度变化相关时（Ly），东部太平洋型ENSO模拟的主要周期有所变化。在Ly中明确了关于东部太平洋型的海表温度变化的折叠的广度。在这些点中出现了一个线性关系，显示了纬度变化的较大变化，东部太平洋型的周期要更长。这些连续的建议来自Kao和Yu[2009]，东部太平洋型的ENSO是通过表面变化，来让那些描述变成一些现象级的变化。[Jin,2009]。从这些理论中可以看出，东部太平洋型的ENSO展示了一个这样的机制：超量的的海洋热量向非赤道方向的太平洋传播。因此，当有一个纬度范围上的延伸来表明海表温度变化，这使的有时间来完成充电和放电，来造成了ENSO出现这样的周期形式。这样的结果也展示了我们的此次研究和ENSO的周期有一致性。[e.g., Kirtman, 1997; Capotondi et al., 2006; Neale et al., 2008].

4、总结与讨论

在我们的研究中，我们检验了在9种CMIP3模式下的产生的非典型性模拟，也就是怎样通过CMIP3模式来证明一些模式对于东部太平洋型和中部太平洋型的ENSO类型测试。基于可靠地消息，在CMIP3模式中可以分为两种类型分别是中部太平洋型和东部太平洋型，并且两种类型都有很强的依据（9种模式），中部太平洋型ENSO有4种模式可供参考，在6个模式中部太平洋型都较弱，东部太平洋型ENSO在10个模式里面较弱，由此可以得出东部太平洋型和中部太平洋型的比值。这样的分组信息帮助我们去决定CMIP3模式是需要使用东部太平洋型ENSO还是中部太平洋型ENSO。通过将ENSO的海表温度分为中部太平洋型和东部太平洋型，我们找到了两种有趣的特征来模拟ENSO的周期。这样的模拟结果是东部太平洋型的周期从1—5年之间，并且伴有纬向的海表温度变化。

但是这样的联系在中部太平洋型的ENSO里面并不显著，我们发现了中部太平洋型的ENSO仅仅是2年或者4年。尽管我们不知道形成这样周期的原因，但是我们找到了这些选择都是来自于中部太平洋型ENSO的变化。在以4年为周期的中部太平洋型ENSO根源在西太平洋的暖池，而以两年为周期的中部太平洋型的ENSO则是来源于东边的国际日期变更线。一个有趣的结果让我们看到中部太平洋型的ENSO并不是引起充放电的原因。除

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